Muchas personas nuevas en la instrumentación se sienten abrumadas cuando ven por primera vez la multitud de instrumentos en el lugar.
Con nombres como medidores de presión, termómetros, medidores de flujo, medidores de nivel, válvulas de control, transmisores, PLC, DCS, alarmas y analizadores, es fácil confundirse sobre cómo clasificarlos.
En realidad, la instrumentación de la automatización no es tan compleja. Desde una perspectiva in situ, gira principalmente en torno a un único objetivo: medir los parámetros del proceso, transmitirlos,mostrándolos, y controlándolos, al mismo tiempo que proporciona alarmas y protección de los equipos cuando sea necesario.
Según su función, los instrumentos de automatización pueden dividirse en seis categorías principales:
Instrumentos de medición de campo, instrumentos de control de campo, actuadores de campo, instrumentos de visualización y registro, instrumentos de regulación/control e instrumentos de medición especializados.
I. ¿Qué hacen los instrumentos de automatización?
Los instrumentos de automatización no son simplemente dispositivos para "leer valores".
En un circuito de control completo, los instrumentos de medición recogen los parámetros del campo, el controlador realiza análisis y cálculos, el actuador ejecuta acciones,y instrumentos de visualización/grabación presentan los datos a los operadores y los almacenan para el sistema.
Tomemos un circuito de control de temperatura, por ejemplo: un termopar o un termómetro de resistencia mide la temperatura; un transmisor de temperatura envía la señal a un PLC o DCS;el controlador calcula la respuesta requerida y emite una señalPor último, una válvula de control regula el flujo de vapor, agua caliente o agua de refrigeración.
Por lo tanto, los instrumentos no existen aislados. Cuando se resuelve un problema en el lugar, no se puede centrar simplemente en un solo medidor;el instrumento debe analizarse en el contexto de todo el circuito de control.
II. Instrumentos de medición de campo
Los instrumentos de medición de campo sirven como fuente de datos para los sistemas de automatización. Si las mediciones son inexactas, las funciones de visualización, registro y control posteriores se verán comprometidas.
Los instrumentos de medición de campo comunes incluyen los para medir el nivel del líquido, la presión, la temperatura y el flujo, así como los instrumentos de análisis de gases y líquidos.
Los instrumentos de nivel se utilizan para medir los niveles de líquido, los niveles de material o las posiciones de interfaz en los tanques de almacenamiento, torres, reactores y silos.medidores de nivel de tipo flotador, medidores de nivel de radar, medidores de nivel ultrasónico, medidores de nivel capacitivos, medidores de nivel de presión diferencial y interruptores de nivel.
Los instrumentos de presión se utilizan para medir la presión, la presión diferencial o los niveles de vacío en tuberías, recipientes y equipos.Transmisores de presión diferencialLos medidores de presión se utilizan principalmente para mediciones in situ, los transmisores de presión para la transmisión remota de señales,y interruptores de presión para alarmas y funciones de bloqueo.
Los instrumentos de temperatura miden la temperatura de un medio o de la superficie del equipo.Detectores de temperatura de resistencia (RTD), transmisores de temperatura, interruptores de temperatura y termómetros infrarrojos.Mientras que los DTI son más adecuados para mediciones de temperaturas de bajo a medio.
Los instrumentos de flujo miden la velocidad de flujo de gases, líquidos o vapor.La selección requiere una verificación cuidadosa del medio, el rango de flujo, la presión y la temperatura, la viscosidad, la conductividad y los requisitos de funcionamiento de tuberías rectas.
Los instrumentos de análisis de gases detectan la composición y la concentración de los gases. Los tipos comunes en el mercado incluyen analizadores de oxígeno, detectores de gases combustibles, detectores de gases tóxicos, analizadores de gases infrarrojos,con un diámetro de diámetro superior a 20 mm, analizadores de gas láser y cromatógrafos de gas.
Los instrumentos de análisis de líquidos miden parámetros como el pH, la conductividad, la turbidez, la concentración, la densidad, la viscosidad, el oxígeno disuelto, la DCO y el nitrógeno de amoníaco.Estos instrumentos requieren un mantenimiento relativamente elevadoLa limpieza, calibración e inspección de las líneas de muestreo son tareas esenciales.
III. Instrumentos de control de campo
Los instrumentos de control de campo son responsables del procesamiento de señales en el sitio, la conversión de señales y el control local.
Los tipos comunes incluyen instrumentos de control neumáticos, eléctricos e hidráulicos.
Los instrumentos de control neumáticos utilizan aire comprimido como fuente de energía; tienen estructuras relativamente simples y siguen siendo valiosos en aplicaciones a prueba de explosiones.Los instrumentos de control eléctricos utilizan señales eléctricasLos instrumentos de control hidráulico proporcionan una gran fuerza de salida y se utilizan generalmente en aplicaciones de carga pesada o de alto empuje.
Los factores clave a la hora de seleccionar estos instrumentos incluyen las señales de entrada/salida, la precisión de control, la velocidad de respuesta, las condiciones de suministro de energía, las calificaciones de resistencia a explosiones, el entorno de campo,y interfaces de sistemas.
IV. Actuadores de campo
Los actuadores de campo son los componentes en un bucle de control que realmente realizan la acción física.
Después de que el sistema de control emite un comando, el actuador lo ejecuta ajustando válvulas, amortiguadores, compuertas de esclusas u otras estructuras mecánicas para alterar las condiciones del proceso, como la velocidad de flujo, la presión,nivel de líquidoLos dispositivos de accionamiento comunes incluyen válvulas de control neumáticas, eléctricas e hidráulicas; válvulas de cierre; válvulas mariposa; válvulas de bola; válvulas de puerta; actuadores; posicionadores de válvulas.y posicionadores de válvulas inteligentes.
Durante el mantenimiento de campo, hay que mirar más allá de si el actuador puede abrirse y cerrarse simplemente.Tiempos de respuesta adecuados, y si la posición de seguridad cumple los requisitos del proceso.
Muchas fluctuaciones de control no provienen de la configuración de los parámetros del controlador, sino de problemas como el atasco de la válvula, posicionadores inexactos, presión de suministro de aire inestable o respuesta lenta del actuador.
V. Instrumentos de visualización y grabación
Los instrumentos de visualización y registro muestran los parámetros del campo, el estado del equipo y la información de alarma, al tiempo que almacenan datos críticos.
Los ejemplos comunes incluyen pantallas digitales, pantallas analógicas, controladores de pantalla, escáneres de varios puntos, grabadoras basadas en papel, grabadoras sin papel, HMI de pantalla táctil, terminales de estación de operador,y dispositivos de alarma audible/visual.
Las pantallas digitales son adecuadas para la monitorización de parámetros en un solo punto.Los grabadores sin papel son ideales para rastrear las tendencias en parámetros como la temperaturaLos HMI y las estaciones de operador se utilizan para interfaces visuales, configuración de parámetros, monitorización de alarmas y operación de equipos.
Los criterios clave de selección incluyen las señales de entrada, los métodos de visualización, los intervalos de grabación, la capacidad de almacenamiento, las interfaces de comunicación, las salidas de alarma y la protección contra la pérdida de energía.
VI. Instrumentos de regulación y control
Los instrumentos de regulación y control sirven como el "cerebro" del sistema de automatización, manejando la regulación automática, el control lógico, el control de secuencia y la protección de la seguridad.
Los dispositivos de campo comunes incluyen controladores PID, reguladores de bucle único y de bucle múltiple, PLC, DCS, FCS, ESD, SIS y computadoras industriales.
Los controladores PID se utilizan típicamente para regular parámetros continuos como temperatura, presión, flujo y nivel.protección de bloqueoLos sistemas DCS son adecuados para la supervisión centralizada y el control distribuido de unidades de producción continua a gran escala.Los SIS y los ESD se utilizan principalmente para el bloqueo de seguridad y el apagado de emergencia.No deben considerarse simplemente sistemas de control estándar.
Los factores de selección incluyen el proceso controlado, el número de puntos de E/S, la estrategia de control, los protocolos de comunicación, los requisitos de redundancia, los niveles de integridad de seguridad (SIL), la gestión de alarmas,y capacidades de mantenimiento a largo plazo.
VII. Instrumentos de medición especializados
Los instrumentos de medición especializados se utilizan principalmente para detectar parámetros únicos, monitorear el estado del equipo y realizar calibración de campo.monitores de desplazamiento del eje, tacómetros, instrumentos de pesaje, medidores de espesor, calibradores de señales, detectores de llama, analizadores de humedad en línea, medidores de densidad en línea e instrumentos de monitorización del estado del equipo.
Los instrumentos para medir la vibración del eje, el desplazamiento del eje y la velocidad de rotación se utilizan típicamente en equipos giratorios como compresores, turbinas de vapor, ventiladores y bombas.Los instrumentos de pesaje se utilizan en silosLos medidores de grosor se utilizan para medir el grosor de las placas, tuberías y paredes de los recipientes, así como el grosor del revestimiento.Los detectores de llama se utilizan comúnmente para la protección de la combustión en calderas, hornos de calefacción e incineradores.
La selección de estos instrumentos requiere considerar factores como el tipo de equipo, el parámetro que se mide, la ubicación de la instalación, la velocidad de respuesta, las señales de salida y los requisitos de protección.
VIII. Puntos clave para la selección y utilización in situ
Al seleccionar instrumentos de automatización, no se debe centrarse únicamente en el número de modelo y el precio.
En primer lugar, se determina el parámetro a medir; luego, se determina el rango de medición, la precisión, los materiales de construcción, el método de instalación, la fuente de alimentación y la señal de salida.
Si el medio es corrosivo, las partes mojadas deben estar hechas del material adecuado.Si el medio es propenso a la cristalización o obstrucciónEn las zonas con vibraciones significativas, considere el montaje del soporte y la ubicación de la instalación.
Una vez que el instrumento esté en funcionamiento, revise regularmente el punto cero, el alcance, el cableado, la fuente de alimentación, la conexión a tierra, la comunicación, las salidas de alarma y el estado de bloqueo.
Al solucionar problemas en el sitio, siga esta secuencia: compruebe la fuente de alimentación, luego la señal, luego el cableado, luego la configuración de parámetros y, finalmente, el elemento de detección y las condiciones del proceso.
Resumen de las actividades
La clasificación de los instrumentos de automatización no es difícil de recordar, ya que cada tipo desempeña una función específica.
Por ejemplo, los instrumentos de medición recopilan datos; los instrumentos de control manejan el procesamiento de señales; los actuadores realizan acciones físicas en el campo; los instrumentos de visualización y registro muestran y guardan datos;instrumentos de regulación y control gestionar el control y los bloqueosLos instrumentos de medición especializados detectan parámetros únicos.
Cuando realmente esté en el lugar, no considere un instrumento como un dispositivo aislado, considérelo en el contexto de todo el circuito de control y muchos problemas serán más fáciles de diagnosticar.
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